励磁涌流引起主变差动保护动作原因分析及防范措施

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摘要： 本文对变压器空载充电过程中差动保护动作情况进行分析，经过相关的录波报告阐述了励磁涌流出现的原因及特征，并提出了一些预防措施。

Abstract： This article analyzes the differential protection action in the process of transformer no-load charging. It expounds the causes and characteristics of magnetizing inrush current through relevant record report， and puts forward some prevention measures.

关键词： 变压器;空载充电;励磁涌流;差动保护

Key words： transformer;load charge;inrush current;differential protection

中图分类号：TM307.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）04-0057-02

1 概述

跳闸前某110kV站运行方式，110kV进线134热备，进线135运行，1号主变三侧开关热备，2号主变三侧开关及分段430、830运行，带35kV、10kV所有负荷。

2013年04月11日22时48分47秒，110kV某110kV站1号主变检修结束恢复送电，在第一次合上高压侧 131 开关空充主变时，RCS-9671Ⅱ差动保护装置A、C相比率差动动作，动作电流为2.63Ie（高压侧Ie=209.9A）。跳闸后现场人员立即对主变及四周一次设备、主变非电量、相关二次设备进行检查，未发现异常。随后对进线135线路保护装置录波波形图（图1）进行分析，发现故障电流具有明显的励磁涌流特征，初步分析保护动作原因为主变 RCS-9671Ⅱ装置未能通过判断涌流中的二次谐波闭锁住差动保护，（二次谐波制动系数0.15为经验值），导致比率差动保护动作跳闸。与此同时，保护人员用继电保护测试仪对RCS-9671Ⅱ进行谐波闭锁差动保护功能测试，保护装置均能正确动作和制动。在04月12日05时08分24秒第二次合上高压侧 131 开关空充主变时，未发生跳闸。从进线135保护装置采到的第二次合闸电流波形图（图2）可以观察出空充主变时励磁涌流幅值明显减小（相应的二次谐波与基波的比值变大≥15%），二次谐波正确制动。

2 变压器合闸时出现励磁涌流的原因

电流和电压等电气量从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时，需要一个过渡过程，即这些量的变化需要一个时间。对于变压器空充时，电感电路中的电流不能突变，铁芯中的磁通也不能突变，由于铁芯饱和的非线性，饱和时励磁电抗减小，励磁涌流变大。合闸瞬间电压初相角对励磁涌流产生的影响，由于磁通落后电压90度，且电压在不断变化，因此相应的铁芯中的磁通也在不断变化。若合闸瞬间交流电压最大，则磁通的瞬时值正好为零，因此无过渡过程，铁芯中一开始就建立稳态磁通。若合闸瞬间交流电压正好过零，则磁通的瞬时值正好为最大，此时，产生的合成磁通正好和电源产生的磁通大小相等、方向相反、瞬间铁心中的磁通为零合成磁通是直流分量，方向不变，而电源电流产生的磁通是交变的经过半个周期，两个磁通方向相同，此时铁芯中的磁通达到最大值（励磁涌流的峰值出现在合闸后经过半个周期的瞬间），此时铁芯必严重饱和，变压器的励磁电抗大大减小，因而励磁电流的数值大增。

3 影响变压器励磁涌流波形特征的主要因素

①系统电压和系统阻抗大小;②合闸初相角;③剩磁磁通大小和方向，饱和磁通大小;④铁芯材质和组装工艺水平;⑤合闸绕组和铁芯间距（高压绕组距铁芯远）;⑥磁滞回线和局部磁滞环;⑦CT传变特性;⑧三相绕组接线方式、中性点接地方式;⑨三相铁芯形式（三相三柱、三相五柱、三单相）。

4 励磁涌流波形特征

①含有非周期分量;②一个工频周期中部分区间的电流接近于零;③某相电流明显偏向时间轴的一侧;④谐波分析必有二次和偶次谐波。

此外，励磁涌流造成差动保护动作时，从录波图上可以看出，系统电压没有短路故障特征，零序通道（外接和自产）内没有故障电流。通过深入分析发现，所有采用励磁涌流波形特征（二次谐波、间断角、波形对称）的涌流闭锁原理是很难实现变压器差动保护100%不误动的，从现场的运行经验来看也证实了这一点，在此次差动保护动作前的一年左右时间，某220kV站3号主变送电时也发生过类似情况。

翻回头来分析本次主变的跳闸，对于同一台主变在没有经过短路故障冲击的情况下，分析二中影响变压器励磁涌流波形特征的主要因素中可能发生变化的只有“合闸初相角”和“剩磁磁通大小和方向，饱和磁通大小”这两项。在了解当天工作内容后，考虑可能影响变压器剩磁也即磁场分布的就是变压器直阻测试，在做变压器直阻试验以后（由于是三相分别测试），可能造成三相剩磁不同，在咨询过专家后，认为在做完直阻试验后，通用的做法是用三相对称的交流电源对变压器去磁从而使磁场分布更为均匀，防止通过判断涌流特征闭锁差动失败造成的保护动作。所以正常作为直阻测试后应该向变压器三相线圈通入对称的交流电（可以使用从站变引出的380V交流电）消磁。

5 今后应采取的措施

在搞清楚上述原理之后，生产专业人员应加强学习理论知识、积累现场经验，特别是现场送电人员应胆大心细，掌握励磁涌流的知识，具备识别励磁涌流的能力，一旦判别之后，在完成必要的检查项目后，可以果断申请试送。对于保护专业，在变压器新投或经过返厂大修之后，送电时前五次空充试验中每次都应该用谐波分析软件进行谐波比例分析以充分了解主变特性，建议取5次谐波比例的平均值来验证的15%这一经验定值是否合理（需要指出的是一些进口保护如GE的T60变压器保护非常重视变压器特性曲线的绘制，并以此为基础下保护定值，而国产保护一般不做此项工作）。如果站内二次装置采用61850规约，可直接通过后台访问录波文件（.comtrade格式），然后用中元华电等波形分析软件分析谐波比例，而对于采用103规约通讯的常规保护就只能依靠厂家的保护分析软件完成此项工作。特别注意一点就是，在实际运行中有可能出现空载励磁涌流跳闸和夹杂变压器内部小匝间短路的情况，但可喜的是，通过分析研究，此时的波形已经失去涌流特征，呈现为典型的短路电流性质，所以专业人员必须熟悉此类波形，并继续进行深入的研究，同时佐以非电量保护，变压器油试验，直阻试验等手段加强对故障性质的综合判断，从而做到具体情况具体分析。

参考文献：

[1]荣雅君，王莉丽，王.用波形特征识别变压器励磁涌流的新算法[J].电工技术杂志，2003（12）.

[2]张志文，龙新峰.变压器差动保护中励磁涌流非线性鉴别技术的发展[J].武汉船舶职业技术学院学报，2006（03）.

[3]张辉，钱怡.变压器保护防止励磁涌流引起误动的措施及其比较[J].中国电力教育，2006（S1）.

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作者简介：田志瑞（1983-），男，河南林州人，工程师，从事电力系统继电保护、自动化、直流系统运维工作;宋玉锋（1977-），男，山西晋城人，助理工程师，从事电力系统继电保护、自动化、直流系统运维工作。